CN103390506B - 一种超小型非固体电解质钽电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超小型非固体电解质钽电容器及其制造方法，包括钽阳极、环氧树脂、负极引线、银外壳、阳极镍丝、包裹在钽阳极外部的无纺布和带有微孔的氟橡胶柱；所述阳极钽丝穿过氟橡胶柱的微孔，同阳极镍在正极端口处通过点焊连接在一起；所述无纺布、钽阳极和氟橡胶柱均安装在银外壳内。首先将高比容钽粉和硬脂酸或樟脑混合均匀，然后将其压制成微小的圆柱型阳极芯块，再进行烧结，点丝、赋能、装配，阳极初坯经过电化学氧化形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，成为电容器的阳极；阴极则采用加入某种电解质的电解液；外壳为经过腐蚀或化学处理的超小银壳。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子元件及其制作方法，尤其是一种超小型非固体电解质钽电容器及其制造方法。
背景技术
钽电容器为以纯钽粉为阳极材料加工电解电容器，钽电容器的优点是电性能稳定，且是所有电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品。钽电容器外形多种多样，并容易制成适于表面贴装的小型和片型元件。适应了目前电子技术自动化和小型化发展的需要。目前生产的钽电解电容器主要有烧结型非固体、箔形卷绕固体、烧结型固体等三种，其中烧结型固体约占目前生产总量的95%以上，而又以非金属密封性的树脂封装式为主体。小型化、片式化配合SMT技术下方兴未艾，片式烧结钽电容器已逐渐成主流。传统非固体电解质钽电容器体积大，最小尺寸为Φ5mm×10mm，并且焊点在外，安装孔距要大于16mm，在电路板上安装时所需空间大。传统非固体电解质钽电容器内部芯块固定采用特氟龙固定垫片固定，占用了很大的内部空间，若将此空间开发用于阳极芯块，则可大大提高体积能量密度，另传统非固体电解质钽电容器无论是气密封型还是非气密封型都存在漏液隐患，气密封型存在内漏导致漏电流失效的隐患，而非气密封型则可能电解液外漏腐蚀线路板和外围线路，若在产品内部装配有吸附电解液的物质，将会大大降低漏液几率。因此，目前市场上存在的非固体电解质钽电容器，已不能满足电子技术小型化和轻型化发展的需要，有必要对传统的非固体电解质钽电容器生产技术做进一步研究改进。
目前市场上流通的非固体电解质钽电容器基本是老式设计，选用钽粉是上世纪八十年代生产成熟的钽粉，随着钽粉生产技术的进步，目前国内已有生产技术和质量稳定的超高比容钽粉150000μF·V/g在钽电容器领域应用，但如此高比容的钽粉多为贴片式固体电解质钽电容器所应用，鲜有在非固体电解质钽电容器领域内应用。
现有技术中，申请号为200410079296.7的发明公开了一种非固体电解质钽电容器,包括钽阳极、介质层、电解液和银壳,其特点在于,银壳内壁与电解液相接触的表面是厚度为3～5μm的碳层,其涂敷工艺是:(a)将体积比为1∶1的HNO3水溶液注入银壳内,在室温下腐蚀20～40分钟后倒出残液,用纯水清洗干净,然后在100～150℃下烘干,(b)取质量浓度为4～10%的石墨乳,搅拌至石墨胶体粒子均匀分散在水中,然后注入银壳内,在135～145℃的温度下固化,之后用纯水煮洗,最后烘干即可,采用导电石墨乳涂敷非固体电解质钽电容器,使其完全符合作为钽电容器阴极引出材料的要求,具有良好的导电性,适量的孔隙度,具有很强的耐温度冲击能力。申请号为200810032024.X的发明公开了一种非固体电解质全钽电容器及其制作方法,包括外壳、阴极片、阳极片、阴极引线、阳极引线和压盖,阴极片和阳极片均置于外壳壳体内;阴极引线穿过压盖与阴极片连接;阳极引线穿过压盖与阳极片连接;采用钽金属粉压制烧结制成的多孔钽芯的阴极片,且在阳极片和/或阴极片的两面均附有作为绝缘和耐反压TAO5金属氧化膜介质;阴极片和阳极片为两层阴极片夹一层阳极片的夹层结构,在阳极片与阴极片之间设有隔离绝缘层;阴极片是由多孔钽芯组成,在阴极片上也可附有作为绝缘层的金属氧化膜介质;电容器的外壳、压盖等结构都是由钽材构成;在阳极片和阴极片的四周,以及阳极片和阴极片的多孔钽芯孔内充有非固体电解质,形成非固体电解质全钽电容器。申请号为200910043202.3的发明公开了一种超大容量非固体电解质钽电容器制作方法,将钽粉压制成型钽阳极块,再按常规烧结,烧结后进行自然冷却,待温度降到100℃～250℃时,往烧结炉中充入高纯氩气,直至炉内温度完全冷却,形成多孔的钽烧结体;再以该多孔的钽烧结体为基材,并以该基材为阳极在0.01～0.1%的H3PO4溶液中进行多极形成。将钽粉压制成型钽阳极块,再按常规烧结,烧结后进行自然冷却,待温度降到100℃～250℃时,往烧结炉中充入高纯氩气,直至炉内温度完全冷却,形成多孔的钽烧结体;再以该多孔的钽烧结体为基材,并以该基材为阳极在0.01～0.1%的H3PO4溶液中进行多极形成。以上现有技术中涉及到的非固体电解质钽电容器体积相对较大，不能满足电子技术小型化和轻型化发展的需要，有必要进一步研究改进。
发明内容
本发明的目的，就是针对传统非固体电解质钽电容器的一些不足，提供一种超小型非固体电解质钽电容器，使其进一步小型化，减小占用线路板的面积，提高其体积能量密度；提供了一种全新的装配方式，取消了传统的聚四氟乙烯垫片固定方式，使用无纺布作为阳极芯块和银外壳间的绝缘隔膜，大大减小银壳内空间的浪费，同时降低了漏液的概率。
本发明采用的技术方案是：
所述超小型非固体电解质钽电容器，包括钽阳极、环氧树脂、负极引线、银外壳、位于银外壳壳口的阳极镍丝、包裹在钽阳极外部的无纺布和带有微孔的氟橡胶柱；所述钽阳极包括阳极芯块和连接在阳极芯块上的阳极钽丝，所述银外壳中滴有电解液，所述负极引线连接在银外壳上，所述银外壳壳口设为正极端口，所述环氧树脂灌封在银外壳的正极端口处，所述阳极钽丝穿过氟橡胶柱的微孔，同阳极镍丝在正极端口处通过点焊连接在一起，所述阳极芯块与氟橡胶柱相接；所述无纺布、钽阳极和氟橡胶柱均安装在银外壳内。
所述阳极钽丝同阳极镍丝的连接点为焊点，所述焊点位于正极端口内，所述环氧树脂突出银外壳0.5～3mm，包裹住焊点及正极端口；所述阳极芯块直径为1～2.6mm，长度为1.5～10mm；所述阳极钽丝通过点焊的方式连接在阳极芯块的端面上，所述阳极钽丝的直径为0.3mm、长度为12mm或15mm。
所述氟橡胶柱所在位置的银外壳外周面上压有一道密封槽，银外壳壳口为卷边形状。
优选地，所述阳极芯块由重量比容为8000μF·V/g～150000μF·V/g的钽粉加入硬脂酸或樟脑后混合压制加工而成，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入1～7份硬脂酸或樟脑。
所述硬脂酸或樟脑采用溶剂为二氯甲烷、溶质为硬脂酸或樟脑的溶液。
所述超小型非固体电解质钽电容器的制造方法，包括如下步骤：
A、混粉：将高重量比容（一般为重量比容为8000μF·V/g～150000μF·V/g）的钽粉和硬脂酸或樟脑混合，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入1～7份硬脂酸或樟脑；将硬脂酸或樟脑用二氯甲烷有机溶剂溶解，再将混好的钽粉加入混粉机中混合均匀，取出混好的钽粉放入85℃～125℃烘箱中烘40～50分钟，取出自然冷却备用；
B、成型：将上述混好的钽粉，装入专用成型模具，在成型机上压制成圆柱型阳极芯块；
C、烧结：将上述成型好的阳极芯块装入烧结炉中进行高温和高真空度的烧结，排除阳极芯块中的其他杂质，并使得阳极芯块有一定的强度；
D、点丝：在烧结好的阳极芯块端面通过储能焊接机用点焊的方式点上一根钽丝作为阳极钽丝，制造成超小型电容器的阳极初坯；通过点焊方式焊接钽丝引出阳极相比传统的钽丝插入式阳极，节省了钽丝占用的芯块空间，更有利于提高产品的体积能量密度；
E、赋能：将阳极初坯经过电化学氧化形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，成为电容器的阳极；
F：阴极处理：对银外壳进行腐蚀或化学处理，在银外壳中加入电解液，制成电容器的阴极；可用强腐蚀性溶液将银外壳内壁处理成凹凸不平的结构或在银外壳内壁采用电镀的方式镀上一层铂族元素，用于增大电容器阴极容量，提高电容器整体的容量引出率；
G、装配：将赋能形成好的阳极钽丝穿过带有微孔的氟橡胶柱，压紧氟橡胶柱，使氟橡胶柱和阳极芯块接触紧密；剪掉多余的钽丝，将凸出氟橡胶柱的钽丝同阳极镍丝点焊到一起，再将其用无纺布包裹后装入处理好并装有适量电解液的银外壳中；所述银外壳壳口设为正极端口，用滚槽机在氟橡胶柱位置压出一道密封槽，并对壳口进行卷边处理；用专用夹具套在正极端口，然后用环氧树脂灌封，待树脂固化后，取下夹具，即得到超小型非固体电解质钽电容器。
本发明采用8000μF·V/g～150000μF·V/钽粉，减小了电容器体积，同时为了提高银外壳内部空间利用率，本发明取消了传统的聚四氟乙烯芯块固定垫，采用无纺布作为芯块和银外壳间的绝缘材料，因无纺布厚度小，故大大提高了内部空间利用率，同时无纺布有吸附电解液的作用，可改善产品的密封性。传统非固体电解质钽电容器焊点外置，电容器焊接时增大了占用线路板的面积，本发明采用环氧树脂灌封的形式将焊点埋入产品内部，也可降低产品的占板面积。
本发明超小非固体电解质钽电容器具有体积小、能量密度大、可靠性高的特点。将高比容粉应用于非固体电解质钽电容器的压制成型，增大了产品的体积能量密度；采用新型的银外壳和阳极芯块间的绝缘材料无纺布，充分利用了银壳内部空间；采用环氧树脂封装，将焊点埋于电容器内部，大大减小了往电路板上安装时所占用的面积。
本发明采用超小圆柱形金属银外壳封装，电容器长度和直径比市场上的非固体电解质钽电容器都小，安装厚度和表面贴装式电容器相近，能量密度达到传统钽电容器的2倍以上。
附图说明
图1为本发明超小型非固体电解质电容器的外观示意图；
图2为本发明超小型非固体电解质电容器的结构图。
其中：1、阳极镍丝，2、环氧树脂，3、银外壳，4、负极引线，5、无纺布，6、钽阳极，7、氟橡胶柱，8、焊点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，所述超小型非固体电解质钽电容器，包括钽阳极6、环氧树脂2、负极引线4、带有壳口的超小圆柱形银外壳3、伸出银外壳3壳口的阳极镍丝1、包裹在钽阳极6外部的无纺布5和带有微孔的氟橡胶柱7；所述钽阳极6包括阳极芯块和连接在阳极芯块上的阳极钽丝，所述银外壳壳口设为正极端口，所述阳极钽丝穿过氟橡胶柱7的微孔，同阳极镍丝1在正极端口处通过点焊连接在一起，连接点为焊点8，所述阳极芯块与氟橡胶柱7相接；所述无纺布5、钽阳极6和氟橡胶柱7均安装在银外壳3内，所述银外壳3中滴有电解液，所述负极引线4连接在银外壳3上，所述环氧树脂2灌封在银外壳3的正极端口处。
所述焊点8位于正极端口内，所述环氧树脂2突出银外壳3壳口（正极端口）2mm，包裹住焊点8及正极端口；所述阳极芯块直径为2mm，长度为6mm；所述阳极钽丝通过点焊的方式连接在阳极芯块的端面上，所述阳极钽丝的直径为0.3mm、长度为12mm。
所述氟橡胶柱7所在位置的银外壳3外周面上压有一道密封槽，银外壳3壳口为卷边形状。
制作超小型非固体电解质钽电容器时，首先将高比容钽粉和硬脂酸或樟脑混合均匀，然后将其压制成微小的圆柱型阳极块，再进行烧结，点丝，即得到超小型电容器的阳极初坯；阳极初坯经过电化学氧化形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，成为电容器的阳极；阴极则采用加入某种电解质的电解液；外壳为经过腐蚀或化学处理的超小银壳。所述的制备方法包括：混粉、成型、烧结、点丝、赋能、装配。
实施例一：
一种超小型非固体电解质钽电容器的制备方法：包括混粉、成型、烧结、点丝、赋能、装配。具体的制备步骤如下：
1、混粉：在重量比容为50000μF·V/g钽粉中，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入5份硬脂酸或樟脑；硬脂酸或樟脑用二氯甲烷有机溶剂溶解，再将混好的钽粉加入混粉机中混合均匀，取出混好的钽粉放入125℃烘箱中烘40分钟，取出自然冷却备用；
2、成型：根据设计称取混好的钽粉21mg，装入专用成型模具，在成型机上压制成直径为1.5mm，高度为2mm的阳极芯块；
3、烧结：将成型好的阳极芯块装入烧结炉中进行高温1350℃和高真空度的烧结，排除芯块中的其他杂质，并使得阳极芯块有一定的强度；
4、点丝：将烧结好的阳极芯块通过储能焊接机点上一根直径0.3mm、长度15mm的钽丝，即得到超小型电容器的阳极初坯；
5、赋能：将阳极初坯置于装有磷酸溶液的赋能槽中，阳极钽丝接正极，赋能槽接负极，接通电源进行赋能形成，形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，煮洗、烘干成为电容器的阳极；
6、阴极处理：用强腐蚀性溶液将银外壳内壁处理成凹凸不平的结构（也可在银外壳内壁采用电镀的方式镀上一层铂族元素）；
7、装配：将赋能形成好的阳极钽丝穿过一个带有微孔的氟橡胶柱，切去多余的钽丝，同阳极镍丝点焊到一起，再将其用无纺布包裹后装入处理好并装有电解液的银外壳中；用滚槽机在氟橡胶柱位置对应的银外壳上压出一道密封槽，并对银外壳壳口进行卷边处理；在产品正极端口处套上专用的模具，灌封环氧树脂，环氧树脂突出产品本体1.0mm，包裹住焊点及正极端口，待树脂固化后取下模具，即得到超小型非固体电解质钽电容器。
实施例二：
一种超小型非固体电解质钽电容器的制备方法：包括混粉、成型、烧结、点丝、赋能、装配。具体的制备步骤如下：
1、在重量比容为70000μF·V/钽粉中，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入7份硬脂酸或樟脑；硬脂酸或樟脑用二氯甲烷有机溶剂溶解，再将混好的钽粉加入混粉机中混合均匀，取出混好的钽粉放入85℃烘箱中烘50分钟，取出自然冷却备用；
2、根据设计称取混好的钽粉56mg，装入专用成型模具，在成型机上压制成直径为2mm，高度为3mm的阳极芯块；
3、将成型好的阳极芯块装入烧结炉中进行高温1250℃和高真空度的烧结，排除芯块中的其他杂质，并使得阳极芯块有一定的强度；
4、将烧结好的阳极芯块通过储能焊接机点上一根直径0.3mm、长度12mm的钽丝，即得到超小型电容器的阳极初坯；
5、将阳极初坯置于装有磷酸溶液的赋能槽中，阳极钽丝接正极，赋能槽接负极，接通电源进行赋能形成，形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，煮洗、烘干成为电容器的阳极；
6、用强腐蚀性溶液将银外壳内壁处理成凹凸不平的结构（也可在银外壳内壁采用电镀的方式镀上一层铂族元素）；
7、将赋能形成好的阳极钽丝穿过一个带有微孔的氟橡胶柱，切去多余的钽丝，同阳极镍丝点焊到一起，再将其用无纺布包裹后装入处理好并装有电解液的银外壳中；用滚槽机在氟橡胶柱位置对应的银外壳上压出一道密封槽，并对银外壳壳口进行卷边处理；在产品正极端口处套上专用的模具，灌封环氧树脂，环氧树脂突出产品本体0.7mm，包裹住焊点及正极端口，待树脂固化后取下模具，即得到超小型非固体电解质钽电容器。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超小型非固体电解质钽电容器，包括钽阳极(6)、环氧树脂(2)、负极引线(4)、带有壳口的银外壳(3),所述钽阳极(6)包括阳极芯块和连接在阳极芯块上的阳极钽丝，所述银外壳(3)中滴有电解液，所述负极引线(4)连接在银外壳(3)上，所述银外壳(3)壳口设为正极端口，所述环氧树脂(2)灌封在银外壳(3)的正极端口处,其特征在于：还包括位于银外壳(3)壳口的阳极镍丝(1)、包裹在钽阳极(6)外部的无纺布(5)和带有微孔的氟橡胶柱(7)；所述阳极钽丝穿过氟橡胶柱(7)的微孔，同阳极镍丝(1)在正极端口处通过点焊连接在一起，所述阳极芯块与氟橡胶柱(7)相接；所述无纺布(5)、钽阳极(6)和氟橡胶柱(7)均安装在银外壳(3)内。
2.根据权利要求1所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述阳极钽丝同阳极镍丝(1)的连接点为焊点（8），所述焊点（8）位于正极端口内，所述环氧树脂(2)突出银外壳（3）0.5～3mm，包裹住焊点（8）及正极端口；所述阳极芯块直径为1～2.6mm，长度为1.5～10mm；所述阳极钽丝通过点焊的方式连接在阳极芯块的端面上，所述阳极钽丝的直径为0.3mm、长度为12mm或15mm。
3.根据权利要求1所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述氟橡胶柱(7)所在位置的银外壳(3)外周面上压有一道密封槽，银外壳(3)壳口为卷边形状。
4.根据权利要求1所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述阳极芯块由重量比容为8000μF·V/g～150000μF·V/g的钽粉加入硬脂酸或樟脑后混合压制加工而成，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入1～7份硬脂酸或樟脑。
5.根据权利要求4所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述钽粉的重量比容为50000μF·V/g，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入5份硬脂酸或樟脑。
6.根据权利要求4所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述钽粉的重量比容为70000μF·V/g，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入7份硬脂酸或樟脑。
7.根据权利要求4所述的超小型非固体电解质钽电容器，其特征在于：所述硬脂酸或樟脑采用溶剂为二氯甲烷、溶质为硬脂酸或樟脑的溶液。
8.一种超小型非固体电解质钽电容器的制造方法，包括如下步骤：
A、混粉：将重量比容为8000μF·V/g～150000μF·V/g的钽粉和硬脂酸或樟脑混合，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入1～7份硬脂酸或樟脑；将硬脂酸或樟脑用二氯甲烷有机溶剂溶解，再将混好的钽粉加入混粉机中混合均匀，取出混好的钽粉放入85℃～125℃烘箱中烘40～50分钟，取出自然冷却备用；
B、成型：将上述混好的钽粉，装入专用成型模具，在成型机上压制成圆柱型阳极芯块；
C、烧结：将上述成型好的阳极芯块装入烧结炉中进行高温和高真空度的烧结，排除阳极芯块中的其他杂质，并使得阳极芯块有一定的强度；
D、点丝：在烧结好的阳极芯块端面通过储能焊接机用点焊的方式点上一根钽丝作为阳极钽丝，制造成超小型电容器的阳极初坯；
E、赋能：将阳极初坯经过电化学氧化形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，成为电容器的阳极；
F、阴极处理：对银外壳进行腐蚀或化学处理，在银外壳中加入电解液，制成电容器的阴极；
G、装配：将赋能形成好的阳极钽丝穿过带有微孔的氟橡胶柱，同阳极镍丝点焊到一起，再将其用无纺布包裹后装入银外壳中；所述银外壳壳口设为正极端口，用环氧树脂灌封正极端口，制造成超小型非固体电解质钽电容器。
9.根据权利要求8所述的超小型非固体电解质钽电容器的制造方法，其特征在于：
在步骤A中，采用重量比容为50000μF·V/g的钽粉，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入5份硬脂酸或樟脑；将混好的钽粉放入125℃烘箱中烘40分钟；
在步骤B中，称取混好的钽粉21mg，装入专用成型模具，在成型机上压制成直径为1.5mm，高度为2mm的阳极芯块；
在步骤C中，烧结炉中的温度为1350℃；
在步骤D中，所述阳极钽丝的直径为0.3mm、长度为15mm；
在步骤E中，将阳极初坯置于装有磷酸溶液的赋能槽中，阳极钽丝接正极，赋能槽接负极，接通电源进行赋能形成，形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，煮洗、烘干成为电容器的阳极；
在步骤F中，用强腐蚀性溶液将银外壳内壁处理成凹凸不平的结构或在银外壳内壁采用电镀的方式镀上一层铂族元素；
在步骤G中，用滚槽机在氟橡胶柱位置对应的银外壳上压出一道密封槽，并对银外壳壳口进行卷边处理；在正极端口处套上专用的模具，灌封环氧树脂，环氧树脂突出银外壳0.5～3mm，包裹住焊点及正极端口，待树脂固化后取下模具，即得到超小型非固体电解质钽电容器。
10.根据权利要求8所述的超小型非固体电解质钽电容器的制造方法，其特征在于：
在步骤A中，采用重量比容为70000μF·V/g的钽粉，所述钽粉与硬脂酸或樟脑的重量百分比为：每100份钽粉加入7份硬脂酸或樟脑；将混好的钽粉放入85℃烘箱中烘50分钟；
在步骤B中，称取混好的取钽粉56mg，装入专用成型模具，在成型机上压制成直径为2mm，高度为3mm的阳极芯块；
在步骤C中，烧结炉中的温度为1250℃；
在步骤D中，所述阳极钽丝的直径为0.3mm、长度为12mm；
在步骤E中，将阳极初坯置于装有磷酸溶液的赋能槽中，阳极丝接正极，赋能槽接负极，接通电源进行赋能形成，形成一层非晶态五氧化二钽膜作为电容器的介质膜，煮洗、烘干成为电容器的阳极；
在步骤F中，用强腐蚀性溶液将银外壳内壁处理成凹凸不平的结构或在银外壳内壁采用电镀的方式镀上一层铂族元素；
在步骤G中，用滚槽机在氟橡胶柱位置对应的银外壳上压出一道密封槽，并对银外壳壳口进行卷边处理；在正极端口处套上专用的模具，灌封环氧树脂，环氧树脂突出银外壳0.7mm，包裹住焊点及正极端口，待树脂固化后取下模具，即得到超小型非固体电解质钽电容器。
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